Опубликовано: Ноябрь 14, 2015 • Рубрика: Предварительные усилители
Буферные каскады широко применяются в аудиотехнике для согласования входных и выходных сопротивлений каскадов или устройств, а также для повышения их нагрузочной способности. Разумеется, что такой каскад должен обладать высокими характеристиками по шумам, искажениям, быстродействию.
Конечно, идеальный буферный каскад — это его отсутствие, но раз уж без него ни как не обойтись, то хотелось бы, чтобы он был максимально прозрачным, то есть оказывал минимальное влияние на сигнал, ну и по возможности, был простым. Обычно буферные каскады работают с малыми уровнями сигналов и относительно небольшим напряжением питания, что заметно облегчает решение этой задачи
В предлагаемом варианте буферного каскада не используются отрицательные обратные связи (которые так не любят «ламповики» и истинные аудиофилы), благодаря чему он действительно практически не заметен в тракте. Для снижения искажений используется метод коррекции ошибок, аналогичный методу Хауксфорда. В результате, при очень простой схемотехнике буфер имеет чрезвычайно низкий уровень искажений, такой же низкий уровень шумов и высокое быстродействие. Идеальное место для него на выходе ЦАП или предварительного усилителя.
По аналогичному принципу Малкольм Хауксфорд построил выходной буфер в преобразователе ток-напряжение для своего ЦАП и остался им весьма доволен.
В отличие от прототипа данная схема работает на постоянном и переменном токах и не требует смещения первого каскада (хотя в схеме элемент смещения указан при необходимости точной термокомпенсации).
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА.
Принципиальная схема буфера представлена на рисунке:
Увеличение по клику
Вкратце суть метода такова. Транзисторы Т3 и Т4 представляют собой токовое зеркало. Их выходные токи питают входной и выходной транзисторы. Таким образом, изменение тока через один транзистор (Q1) вызывает аналогичное изменений тока через другой (Т2). За счёт того, что транзисторы комплементарны, происходит взаимная компенсация нелинейности их характеристик.
Роль простых усилителей на практике сложно переоценить. Особую ценность представляют собой такие схемы, которые обладают практически стопроцентной повторяемостью, несложны схемотехнически и собраны фактически из бросовых деталей, а также не требуют наладки. В статье описаны конструкции, повторить которые сможет любой радиолюбитель, имеющий минимальный навык в изготовлении усилителей.
Однажды автору потребовалось умощнить выход измерительного генератора ГЗ-120. Генераторы ГЗ-120 рассчитаны на работу с нагрузкой 600 Ом. Владелец генератора ГЗ-120 настойчиво просил изготовить несложный схемотехнически усилитель мощности, который бы нормально функционировал на нагрузке 50 Ом в частотном диапазоне до 1 МГц, обеспечивая максимальное выходное напряжение хотя бы до 4 В (эффективное значение) без видимых на экране осциллографа искажений формы сигнала. Конструкция усилителя не должна содержать дефицитных или дорогостоящих зарубежных комплектующих. Необходимо было предусмотреть работу усилителя от имеющегося у владельца стабилизатора напряжения (СН) на 15 В, который собран на дискретных элементах и имеет защиту с ограничением тока в нагрузке. Задача показалась предельно простой, поэтому сразу взялись за практическое воплощение.
Выполнение этой задачи не должно было встретить каких либо осложнений вообще. От операционных усилителей (ОУ) решено было отказаться из-за работы ОУ на низкое сопротивление нагрузки, поскольку выход ОУ, опять же, придется умощнять. К тому же, среди недефицитных отечественных ОУ найдется совсем немного таких, которые способны устойчиво работать в столь широкой полосе частот в режиме большого сигнала, не говоря уже о работе на реактивную нагрузку при пониженном питающем напряжении.
Поскольку поставленная задача предполагала схемотехническую простоту, то первоначально было решено остановиться на схеме, показанной на рис.1. Транзистор VТ1 типа КТ815В, VТ2 – КТ814В, диоды VD1, VD2 – Д223, резисторы R1, R3 сопротивлением 2 кОм, R2 – 68 кОм, конденсатор С1 емкостью 22 мкФ х 40 В, С2, С3 – 1000 мкФ х 25 В. В таком виде схема встречалась автору в нескольких разных изданиях (книгах и журналах), причем без каких-либо схемотехнических изменений. Да и какой сюрприз может ожидать в такой простой схеме, ведь она практически работает? Но одна ошибка в этой схеме из книги [1, с.273] перекочевала и в журнал [2]. Дело в том, что с номиналом резистора R2, равным 68 кОм, согласно [1] или [2], схема обладает преждевременным ограничением (срезом) положительной полуволны выходного сигнала.
Иными словами, БУ неодинаково усиливает отрицательную и положительную полуволны синусоиды. Без видимых на экране осциллографа искажений выходной сигнал БУ возможен только до напряжения не более 2,3 В (действующее значение). Каждый транзистор должен иметь свой отдельный теплоотвод с охлаждающей поверхностью 20 см 2 . При питающем напряжении (Uпит) 15 В ток покоя (Iпок) достигает 270 мА. Зависимость тока покоя от напряжения питания приведена в таблице.
| Uпит, В | 15 | 11 | 8 | 6 | 3,5 |
| Iпок, А | 0,27 | 0,2 | 0,15 | 0,1 | 0,05 |
Увеличить предельное значение выходного напряжения, при котором еще отсутствуют искажения формы сигнала, можно за счет симметрирования плеч данного двухтактного БУ. Для этого номинал резистора R2 уменьшают более чем в 200 раз! Этот резистор (330 Ом) подбирают исходя из достижения максимальной амплитуды положительной полуволны выходного сигнала БУ при оптимальном (минимально возможном) значении Iпок.
Немного поразмыслив о целесообразности распайки линеек, я решил паять. Пусть будут. На всякий случай, на будущее, ибо автозвук — это болезнь затяжная и прогрессирующая.
Сигнал с аудиопроцессора слишком слаб, а с микросхемы усилителя мощности — слишком силён, да и искажения, внесённые им, нам совершенно не нужны.
Изучив блог Михаила, я выделил для себя несколько моделей предусилителей, разработанных им.
Очевидно, что самая продвинутая — это последняя. Тут и Remout выведен и, что самое важное, акустическая земля разведена с землёй питания посредством гальванической развязки.
Очень хотелось её собрать, но в продаже не нашёл элементов гальванической развязки и еще некоторые. Да и решил, что не настолько я и болен пока что))
Вторая отличается от первой компенсацией погонной ёмкости межблочных кабелей.
Цитата Михаила:
"На слух: теперь голове вообще по барабану, какой межблок -бюджетный за 100 рублей, или топовый за 1000 уе … играет СЧ/ВЧ совершенно одинаково"
Подробнее о них читаем тут и тут
Поэтому мой выбор пал именно на второй вариант.
Заранее решил себя ограничить и решил, что 4 канала мне ни к чему совсем, ибо выжато максимум (для меня, опять же) из штатной головы и для меня достаточно мощности от 17 В питания, поэтому колонки будут от встроенного играть. А вот про запас на возможный саб два канала я выведу на будущее.
Попросил у Михаила (за что ему низкий поклон и лучи добра) файлы со слоями и немного переделал для двухканальной схемы. Ну и добавил Remout.
Вот, что получилось:
Все файлы слоёв предусилителей и свой выкладываю вместе с программой SrintLayout6 тут, надеюсь Михаил против не будет.
Всем спасибо, кто осилил, не переключайтесь, далее практическая часть)))
Многие автовладельцы без технического образования не знают как подключать усилитель к автомагнитоле — для них это кажется слишком трудоемкой задачей. На самом деле, не стоит спешить обращаться в автосервис, т. к. установить автоусилитель не так уж и сложно.
Техническое обслуживание специалистами обойдется дорого, поэтому в целях экономии стоит попытаться разобраться в процедуре подключения, в чем и поможет данная статья.
Для качественной работы усилителя необходимо:
- Подать на него хорошее питание;
- Подать сигнал от магнитолы. Как правильно подключить магнитолу мы рассмотрели здесь;
- Подключить акустику или сабвуфер.
Более подробно о том, как подключить усилитель, можно ознакомиться ниже.
Хорошее питание залог успеха
Процедура подключения усилителя начинается c силовых проводов. Проводка – это важнейший элемент автомобильной аудиосистемы, от неё зависит громкость и качество звука. Для усилителей нужно стабильное питание, т. к. в противном случае мощности будет недостаточно, из-за этого звучание станет искаженным. Чтобы разобраться в том, зачем нужно обращать внимание на качество проводки и как она влияет на воспроизводимый громкоговорителем звук, необходимо узнать, что из себя представляет музыкальный сигнал.
Некоторые предполагают, что он представляет собой синус, однако, музыкальный сингал характеризуется большой разницей между обычным и пиковым значением. Если для динамиков автомобильной акустики резкие всплески сигнала не принципиальны, то в случае с усилителем ситуация совершенно иная. Если сигнал хотя бы на секунду (или даже миллисекунду) превысит допустимую мощность, то эти «аномалии» будут слышны даже для тех, кто не может похвастаться хорошим музыкальным слухом.
Если подключение автомобильного усилителя было выполнено должным образом, то сигнал будет идти по проводам в неискаженном виде. Небрежно сделанная работа или неправильно подобранное сечение проводов приведет к тому, что звук будет более зажатым, грубым и вялым. В некоторых случаях также могут отчетливо быть слышны хрипы.
Как выбрать сечение провода?
Провод – это самый обычный метал, обладающим определенным уровнем сопротивления. Чем толще провод, тем ниже сопротивление провода. Чтобы избежать искажения звука во время сильных перепадов напряжения (например, во время воспроизведения мощного баса), необходимо установить провод нужного калибра.
Стоит отметить, что сечение плюсового кабеля не должно быть больше минусового (длина при этом не имеет значения).
Усилитель принято считать довольно электроемким устройством. Для его эффективной работы необходимо качественное заземление, чтобы была возможность получать нужную энергию от АКБ.
Чтобы правильно выбрать сечение проводов необходимо сделать некоторые расчеты. Для начала посмотреть в инструкцию к усилителю (или прямо на коробку от производителя, если документации нет воспользуйтесь интернетом) и найти там значение номинальной мощности (RMS). Номинальная мощность – это мощность сигнала усилителя, которую он может выдавать на протяжении продолжительного периода времени на один канал в 4 Ома.
Если рассматривать четырехканальные усилители, то они обычно имеют мощность от 40 до 150 Вт на канал. Допустим, что усилитель, который вы приобрели, выдает мощность 80 Вт. В результате несложных математических операций выясняем, что суммарная мощность усилителя составляет 320 Вт. Т.е. как мы это посчитали? всё очень просто умножим номинальную мощность на число каналов. Если у нас двухканальный усилитель имеющий номинальную мощность (RMS) 60 Вт., то суммарная составит 120 Вт.
После того как вы посчитаете мощность желательно ещё определить длину провода от АКБ до вашего усилителя и можете смело воспользоваться таблицей для подбора нужного сечения провода. Как пользоваться таблицей? С левой стороны указана мощность вашего усилителя, справа выбираете длину провода, поднимаетесь наверх и узнаете какое сечение вам необходимо.
В таблице указаны сечения медных проводов, помните что большое количество продаваемых проводов сделаны из алюминия покрытым медью, данные провода не долговечны и имеют больше сопротивление, рекомендуем использовать тока медные провода.
Выбор предохранителя
Для того чтобы обезопасить подключение автомобильного усилителя, необходимо обеспечить защиту силовой подводки от АКБ до усилителя с помощью предохранителя. Предохранители должны быть размещены как можно ближе к аккумулятору. Важно различать предохранитель, который защищает само устройство (будет ли это усилитель или магнитола), и предохранитель, установленный на силовой провод. 
Последний нужен для того, чтобы защитить именно кабель, т. к. по нему идет немалый ток.
Убедитесь, чтобы номинал предохранителей совпадал, так как если номинал предохранителя проводки будет очень большой, то в результате короткого замыкания может сгореть провод. Если номинал, наоборот, будет меньше, то предохранитель в момент пиковых нагрузок может легко сгореть и тогда не будет другого выхода, как покупать новый. В таблице ниже указано сечение провода, и необходимый номинал предохранителя.
Подключаем межблочные провода и управляющий (REM)
Чтобы проложить кабель, необходимо найти линейный выход на магнитоле. Линейный выход можно распознать по характерным «колокольчикам», что расположены на задней панели магнитолы. Количество линейных выходов отличается в разных моделях магнитол. Обычно их от одной до трёх пар. В основном они распределяются следующим образом 1 пара — можно подключить сабвуфер или 2 колонки (подписаны как SWF) Если их 2 пары можно подключить 4 колонки или сабвуфер и 2 колонки (выхода подписаны F и SW), и когда на магнитоле 3 пары линейных проводов можно подключить 4 колонки и сабвуфер (F, R, SW) F Это Front т. е. передние колонки, R Read задние колонки, и SW Sabwoorer я думаю и так всем понятно что.
Для соединения потребуется межблочный провод, на котором ни в коем случае нельзя экономить. Запрещается около силовых проводов укладывать межблочный кабель, так как при работе двигателя будут слышны различного рода помехи. Протянуть провода можно как под ковриками салона, так и под потолком. Последний вариант особенно актуален для современных машин, в салоне которых создающих помехи электронных принадлежностей.
Ещё необходимо подключить управляющий провод (REM). Как правило, он идёт вместе с межблочными проводами, но бывает что его и нету, приобретите отдельно необязательно чтобы он был большого сечения 1 мм2 вполне достаточно. Это провод служит управлением для включения усилителя т. е. когда выключаете магнитолу она автоматические включает ваш усилитель или сабвуфер. Как правило этот провод на магнитоле имеет синий цвет с белой полоской, если его нет то используйте синий провод. Подключается он к усилителю к клеме под названием REM.
Схема подключения усилителя
Подключение двухканального и четырёхканального усилителя
Данный раздел мы объединили, т. к. эти усилители имеют очень похожую схему подключения, даже можно сказать проще, четырёх канальный усилитель — это два двухканальных. Подключение двухканального усилителя мы рассматривать не будем, но если вы разберётесь как подключить четырёхканальный, то с подключением двухканального у вас не возникнет проблем. Большинство автолюбителей для своих инсталляций выбирают именно этот вариант, т. к. к данному усилителю можно подключить 4 колонки, или 2 колонки и сабвуфер. Давайте рассмотрим, подключение четырёх канального усилителя используя первый и второй варианты.
Подключение 4 канального усилителя к аккумулятору рекомендуется при помощи толстого кабеля. Как выбрать правильные силовые провода и подключить межблочные это всё мы разобрали выше. Подключения усилителя , как правило, указывается в инструкции от производителя. Когда производится подключение усилителя к акустике, то он работает в режиме стерео, в данном режиме такой тип усилителя может работать под нагрузкой от 4 до 2 ом. Ниже представлена схема подключения четырёхканального усилителя к колонкам.
Теперь разберём второй вариант, когда к четырёхканальному усилителю подключаются колонки и сабвуфер. В данном случае усилитель работает в режиме моно, он берёт напряжение сразу с двух каналов, поэтому старайтесь подбирать сабвуфер имеющий сопротивление 4 ома, это сбережёт усилитель от перегрева и ухода в защиту. Подключить сабвуфер не составит проблем, как правило производитель указывает на усилителе откуда брать плюс для подключения сабвуфера, а откуда минус. Взгляните на схему как осуществляется мостовое подключение 4 канального усилителя.
Подключение моноблока (Одноканального усилителя)
Одноканальные усилители используются лишь для одной цели – подключению к сабвуферу. Примечательной характеристикой усилителей такого плана является повышенная мощность. Моноблоки также способны работать с сопротивлением ниже 4 Ом, что называется низкоомной нагрузкой. Моноблоки относят к усилителям класса D,при этом в них есть специальный фильтр для обрезки частот.
Установка одноканального усилителя не потребует много сил, так как схемы его подключения весьма простые. Всего имеется два выхода – «плюс» и «минус», и если у динамика только одна катушка, то достаточно лишь подключить его к ней. Если речь идет о подключении двух динамиков, то они могут подключаться либо параллельным, либо последовательным способом. Конечно, необязательно ограничиваться только двумя динамиками, но перед тем как подключить усилитель и сабвуфер к магнитоле, справится ли последний с большим уровнем сопротивления.
Видео как правильно подключить четырёхканальный и одноканальный усилитель
Надеемся, что эта статья помогла разобраться в том, как правильно подключить автомобильный усилитель. Оцените статью по 5 бальной шкале, если есть замечания, пожелания или вы знаете что-то, что не указано в данной статье сообщите нам! Оставьте свой комментарий ниже. Это поможет сделать информацию на сайте ещё более полезной.
Ранее из магнитолы были выведены линейные выходы, что описано в первой части статьи (Линейные выходы (Часть 1)). Но, как выяснил, есть следующие минусы
1) Уровень сигнала достаточно слаб. При привычном прослушивании музыки на громкости в районе 10 единиц на усилителе уровень входа завернут почти в максимум
2) Из-за низкого уровня есть сильные помехи от сигналки, т.к. любой мало-мальский сигнал помехи сильно "конкурирует" с полезным сигналом. Происходит каждый раз, когда сигналка посылает какой-либо сигнал. Например, если с брелока запросить состояние авто. Но это я не делаю, у меня нет брелока от сиги, т.к. slave-режим. Но вот очень напрягает сильный треск в момент автозапуска при нажатии на тормоз, когда работа двигателя из поддержки зажигания переходит в обычный режим, сигналка как раз посылает сигнал в антенну, что перешла в обычный режим.
Выбор был между готовым конструктором от МастерКИТ (BM2118), цена вопроса 610 р. Либо попробовать собрать самодельный предусилитель, обошлось в 190р за микросхему, остальные детали нашел в закромах. Сделать самоделку было решено так же по той причине, что в готовом радиоконструкторе стоит ОУ непонятно какого качества. А в найденной мною схеме используется операционник OPA2134, который, если не врет яндекс, используется в аппаратуре HI-FI и даже HI-END класса. Есть полный аналог этому операционнику NJM4558D, совпадает все полностью — и сама схема и даже номиналы обвеса. Цена 33 р. Точнее даже сказать, что я нашел схему на 4558, но так как операционники совпадают, то решил в этой схеме заменить 4558 на 2134. Так же нашел в инете, что некоторые люди в простенькой аппаратуре 4558 меняют на 2134 просто перепаивая их местами. Цена за 2134 небольшая, поэтому экономить не вижу смысла.
Схема
Схема печатной платы
Найденные мною детали несколько отличаются в размерах от найденной, поэтому я начертил свою согласно своим размерам. К тому же спецы советуют использовать в звуковом тракте пленочные кондеры, а у меня как раз нашлись такие К73-17 от старой советской аппаратуры. Он больше по размеру, чем керамика, но на плате места хватает.
Плата вытравлена, отверстия просверлены, детали впаяны
Плата установлена на заднюю стенку магнитолы, места между стенкой и CD-приводом как раз хватает
Предусилитель сделан только на фронтальные каналы, т.к. задние ввиду их сильно заниженного уровня еще с ЦАПа, не используются, а раскладка зада от переда происходит прямо во внешнем усилителе. Питание платы с пина 18, который запитывает внешнюю антенну.
Что в итоге:
1) Уровень сигнала очень сильно повысился. Если раньше уровень входа на внешнем усилке стоял почти в максимум, то теперь он в самый минимум. При первом включении уровень громкости оказался выше прежнего даже на 1 единице громкости в магнитоле.
2) Помехи от сигналки почти пропали. Они, конечно, не ушли полностью, все равно треск слышен, но он такой слабый, что слышно только если либо при выключенном звуке, либо если музыка играет очень тихо, что в принципе не напрягает.
3) Звук немного изменился. Он не стал хуже, он стал просто немного другим. До этого не хватало верхов, они были подняты на +5, т.е. настройки маги были 0/0/+5, теперь с верхами все хорошо, но средних стало чуть больше, голос стал сильнее выделятся, пришлось средние убавить, теперь 0/-5/0. Но тут еще грешу на акустику, т.к. спереди мидбасы поменяны на DD, но так как я из брал через авито по дешевке, то они достались мне без кроссоверов и пищалок. Кроссы собраны самопально от другого комплекта, а пищалки вообще остались родные. Чувствуется несогласованность комплекта. По плану перед будет заменен на другой комплект, а DDшки переедут назад.
Итог: результатом доволен, предусилок штатной маге очень нужен.
=====
ps: месяц спустя я решил сделать небольшую доработку. Дело в том, что при выключении предусилок дает небольшой, но заметный щелчок. Занес домой магу, подключил к домашнему усилителю — так же щелкает. А раз до внедрения предусилителя не щелкало, то виновата именно эта часть. Поэтому самый простой вариант дать ей время еще поработать в момент отключения внешнего усилка. А уже после его отключения пусть отрубается и предусилок. Городить таймер времени дело невыгодное. Сама по себе схема потребляет мизерное количество энергии. Поэтому проще всего поставить на входе мощный кондер и отгородить его от "внешнего мира" любым диодом. Это будет еще держать энергию хотя бы 1 секунду, этого вполне достаточно.
